执行机构选型及方法

目录1.气动、电动、液动执行机构的性能对比12.三种执行机构各自的优缺点23.液动执行器的优缺点及用途34.执行器的分类特点及应用场合45.常用电机性价比比较56.伺服电机和步进电机的28个区别97.运控行业的企业和品牌138.交直流伺服技术的比较149.步进电机的基本参数：1810.步进电机的一些特点：1911.步进电机驱动器的一些特点：2012.选用步进电机时应注意以下几点：221.气动、电动、液动执行机构的性能对比执行机构的驱动方式主要是气动、电动、液压这三种，液动执行机构也有搭配电动、液压驱动方式，但是其本质和液压没有太大区别。三种驱动方式为执行机构带来的特性不同，适用的领域也就有所区别，以下是这三种执行机构的比较。执行机构的三种驱动方式中，应用最广的是气动执行机构，这是因为气动执行机构的门槛最低。气动执行机构的投资成本，是三种执行机构中最低的，结构也比较简单，容易操作和维护，对工人的技术要求低。另外，气动执行机构的防爆效果最好，安全性最高。电动执行机构的安装成本也不高，和气动执行机构相比，它的能源还更易获取，但是电动执行机构的结构复杂，更容易发生故障，维修难度也比较大。电动执行机构比气动执行机构更具优势的地方在于，电动执行机构的输出力更大，控制更精确，运行也更稳定。液动执行机构的使用范围最小，只有大型工程会应用液动执行机构，这是因为液动执行机构的驱动需要配备液压系统，这就要求有很高的初装投入。液动执行机构的优点也很明显，它是三种执行机构里，控制精度最高，输出力也最大。执行机构这三种驱动方式，综合来说，气动执行机构最适宜应用在普通工作场合，它的精确度不高却足以满足日常控制需要，防火防爆场合也多使用气动执行机构，例如化工、石油。电动执行器多用在对输出推力或控制精确度有一定要求的工作场合，例如高压水系统控制。液动执行器则只会被应用在特殊或大型的、对控制要求非常高工作场合。2.三种执行机构各自的优缺点执行机构的驱动方式不外乎是气动、电动、液动这三种。这三种方式驱动的执行机构，在工作性能、造价、使用方便性等方面各有优点，适用于不同的工作场合。1、气动执行机构气动执行机构最大的特点是安全性高，在三种执行机构里，气动执行机构是最具防火、防爆优势的，适合应用于石化、石油、油品加工等行业。除了防爆性能以外，气动执行机构的优点还在于，它的性价比较好、使用简单方便、易于维护，对人员技术要求相对较低。气动执行机构的缺点在于它的控制精度低，不能和电动、液动执行机构相比。这是源于气动执行机构的压缩气体驱动方式，气体的易压缩性，使得气动执行机构缺乏足够的抗偏移性能，因此在控制精度方面缺少竞争力。2、电动执行机构电动执行机构近年来的使用率越来越高，特别是在高压水系统中，电动执行机构表现出其他两种执行机构所不具备的优点。电动执行机构的输出推力大、稳定性高，但同时造价又低于液动执行器，是高性价比的选择。电动执行机构的参数控制非常精准，但是它的结构复杂，故障率要高于气动执行机构，需要有较高技术水平的专业人员操作并维护。电动执行机构接收的是电信号，容易出现打火的问题，安全性上就要逊色于其他两种执行机构。3、液动执行机构液动执行机构的性能优点很多，输出推力大、抗偏移性好、控制精确、响应速度快、运行稳定等。液动执行机构是以液体驱动，液体有不可压缩的特性，这赋予了液动执行机构很好的抗偏移能力，调节非常稳定。液动执行器的缺点是造价高昂，要运行液动执行器需要配备液压站和输油管路，这要求很大的初期投资。液动执行器的体积也比较大、显得比较笨重，因此只有大型的、特殊的工程才会专门建造并使用液动执行机构。3.液动执行器的优缺点及用途液动执行器是以液压油为动力完成执行动作的一种执行器。液动执行器通常为一体式结构，执行机构与调节机构为统一整体。液动执行器的实际应用率在三种执行器中最低，只有一些大型工作场合，才会使用到液动执行器。1、液动执行器的优点液动执行器的输出推动力要高于气动执行器和电动执行器，且液动执行器的输出力矩可以根据要求进行精确的调整，并将其通过液压仪表反应出来。液动执行器的传动更为平稳可靠，有缓冲无撞击现象，适用于对传动要求较高的工作环境。液动执行器的调节精度高、响应速度快，能实现高精确度控制。液动执行器是使用液压油驱动，液体本身有不可压缩的特性，因此液压执行器能轻易获得较好的抗偏离能力。液动执行器本身配备有蓄能器，在发生动力故障时，可以进行一次以上的执行操作，减少紧急情况对生产系统造成的破坏和影响，特别适用于长输送管路自动控制。液动执行器使用液压方式驱动，由于在操作过程中不会出现电动设备常见的打火现象，因此防爆性能要高于电动执行器。2、液动执行器的缺点液动执行器的工作需要外部的液压系统支持，运行液压执行器要配备液压站和输油管路，这造成液压执行器相对电动执行器和气动执行器来说，一次性投资更大，安装工程量也更多，因此只有在较大的工作场合才使用液动执行器。3、液动执行器的用途液动执行器的安装特性决定了它只适用于一些对执行器控制要求较高的特殊工况。目前，液动执行器只有在大型的电厂、石化厂等企业才有应用。4.执行器的分类特点及应用场合执行器是自动化系统中用于执行系统控制操作信号，并改变操作量的机构。执行器在生产过程中有控制产品质量的作用，执行器的工作性能决定了自动化系统的工作水平。执行器可以分为液动执行器、气动执行器和电动执行器三种，它们分别适用不同的工作场合。1、液动执行器液动执行器多为机电一体化结构，执行器的执行机构与调节机构为统一整体。液动执行器的特点是推力大、防爆性能好，但缺点是体积大、重量高，因此应用范围只局限在一些大型工作场合，例如三峡的船闸就是使用液动执行器。2、气动执行器气动执行器多为一体化结构，气动执行器的种类有薄膜式气动执行器和活塞式气动执行器。薄膜式气动执行器的行程小，只能带动阀杆。活塞式气动执行器的行程大，除了阀杆外还可以与蜗轮蜗杆配合使用。气动执行器的结构简单，体积远小于液动执行器，但是在推力上保持了较好的水平，运行平稳度也较高，并且具有安全防爆的优点，因此在发电、化工、石油等对安全性要求较高的生产行业有着比较普遍的应用。3、电动执行器电动执行器多是分体式结构，执行机构和调节机构各自运行。电动执行器的执行机构有角行程和直行程两种，分别输出角位移和直线推力。电动执行器的抗偏离能力好，控制精度比气动执行器高，并能轻松实现失信号保护，在动力厂应用较多。电动执行器的缺点是结构比较复杂，在运行中的故障率最高，对现场操作和维修检测人员的要求更多。另外，电动执行器的运行速度慢、且安全防爆性能较差，不能应用在环境复杂的工作场合，因此并不能替代另两种执行器。5.常用电机性价比比较常用的执行元件有电动机、液压马达和气动马达。其中应用最广的是电动机，包括直流电动机，异步电动机，步进电动机，小功率同步电动机等。1. 直流电动机：直流电动机把直流电能变为机械能，广泛地应用在调速性能要求高或者需要较大启动转矩的场所，如龙门刨床、电气铁道牵引、起重机械拖动等方面。特 别 是 在 自动控制领域，在高精度的伺服系统中，直流电动机占主导地位。直流电动机有以下几方面的优点。1) 调速范围广，且易于平滑调节。2) 过载、启动、制动转矩大。3) 易于控制，可靠性高。4) 调速时的能量损耗小。直流电动机的主要缺点是有换向器。因此使直流电动机比交流电动机费用高，造价昂贵，运行时换向器需要经常维修，寿命也较短，换向条件又使直流电机的容量受到限制。2. 变压器：变压器是一种常用的电气设备，它是将一种等级的交流电压与电流变成同频率的另一等级的交流电压和电流，即把交变电压升高或降低，但不改变频率。变压器的种类很多，根据用途可分为下列几种。1) 电力变压器用于输电和配电系统。体积大，容量大，电压等级高，这些是电力变压器的特点。2) 供特殊用途的变压器例如电炉变压器，各种电焊变压器 （交流弧焊机）。3) 调压变压器 用来调节电网电压。小容量调压器也应用在实验室中，例如自耦变压器。4) 量测变压器如电流互感器，电压互感器。5) 试验用高压变压器 产生高电压，作高压试验用。6) 电讯变压器和控制用变压器用于各种电子产品和设备中的变压器统称为电讯变压器。它们都是单相小容量变压器，如小功率电源变压器；实现阻抗匹配、信号传递、信号合成的各种电讯变压器，如输入变压器、级间变压器、推动变压器、输出变压器、脉冲变压器等。3. 异步电动机直接采用交流电驱动的电动机称为交流电动机。交流电动机又分为异步电动机（或称感应电动机）和同步电动机。在工业生产上使用的电动机主要是交流电动机中的三相异步电动机。在控制系统中应用的异步电动机主要包括交流伺服电动机和交流力矩电动机。其中交流伺服电动机以往主要指的是两相伺服电动机，其功率大部分为几瓦到几十瓦，它们主要用于小功率伺服系统和仪表记录装置中。交流力矩电动机的功率和力矩较大，可以驱动较大的设备和装置，如各种测试转台和高精度的伺服系统。随着功率半导体器件的发展和变频调速与矢量控制技术 的应用，三相异步电动机和同步型交流伺服电动机的应用已发展到一个崭新的阶段，在控制精度、调速范围等各项技术性能方面均不亚于直流电动机。与直流电动机相比，交流电动机具有如下优点。1) 由于没有换向器和电刷，可以消除由它引起的一系列缺点。如消除了换向火花引起的电磁干扰，消除了电刷和换向器间的摩擦力矩，明显减少了对电机的维护工作，降低了对工作环境的要求。2) 转矩、转速和功率不受电机换向条件的限制，可以制成高转速、大转矩和大容量电机。3) 结构简单，坚固耐用。采用直流电动机的伺服系统和调速系统称为直流伺服系统和直流调速系统，而采用交流电动机的伺服系统和调速系统就是交流伺服系统和交流调速系统。以前，高性能的电伺服系统和调速系统绝大多数采用直流系统，其原因是直流系统的控制技术比较简单。但在世纪年代末，特别是年代初，由于大功率开关器件、模拟和数字专用集成电路、微处理机技术、控制理论以及新型高磁能积永磁材料的长足进步，交流调速技术和交流伺服技术已取得突破性的进展。世纪年代，世界各工业先进国家的著名电机或控制装置厂商都竞先开发和推出自己的交流伺服电动机和交流调速系统、交流伺服系统，在各使用领域中呈现出交流伺服 （调速）系统对直流伺服 （调速）系统强烈的竞争形势。目前，国外专家普遍认为，交流伺服 （调速）系统正在取代直流伺服 （及调速）系统，将成为主导的伺服系统。交流伺服 （调速）系统的优点体现在交流电动机的优点上，而交流伺服系统的主要弱点就是控制技术比较复杂。4. 小功率同步电动机异步电动机的转子转速总是与旋转磁场的转速不同，总是低于旋转磁场转速。而同步电机的特点是，转子的转速和磁场的转速相同，与定子电流频率有严格的比例关系。同步电机主要用作发电机，全世界的用电几乎全部是由同步发电机发出的。中小型同步电动机也应用于功率较大的恒速驱动装置中，如空气压缩机的拖动。采用同步电动机不但能保证恒定的转速，还能改善和调节电网的功率因数，这是异步电动机办不到的。小功率同步电动机属于微型电机，其功率从不足 到几百瓦。这种电动机不必采用闭环控制就可以保持恒定的转速。小功率同步电动机广泛应用在要求恒速的装置中，如自动和遥控装置、无线电通信设备、记录和计时装置、同步运转系统等。同步电动机包括定子和转子两大部分。按照定子绕组的相数，小功率同步电动机可分为三相、两相和单相三种。其中，三相电机是比较理想的电机，因为它使用最常见的三相电源，电机中产生圆形旋转磁场，效率高；单相绕组电机，主要是指罩极电机；而两相绕组电机的定子绕组与两相伺服电机相似。另一种常用的分类方法是按转子所用材料或转子结构进行分类。按转子所用材料，同步电动机可分为永磁式、磁阻式 （或称反应式）和磁滞式。按照转子结构可分为内转子式和外转子式同步电动机。5. 步进电动机：步进电动机是一种将数字式电脉冲信号转换成机械位移 （角位移或线位移）的机电执行元件。它的机械位移与输入的数字脉冲有着严格的对应关系，即一个脉冲信号可使步进电动机前进一步，所以称为步进电动机。这种电机输入的既不是正弦电流，一般也不是恒定直流，而常常是脉冲电流，所以又称为脉冲电动机。粗略地看，步进电动机转子的转动与磁场的转动是一致的、同步的，所以有人把它看成是同步电动机的一种。但在产品分类上还是单独称为步进电动机。步进电动机主要用在开环位置控制系统中。采用步进电动机的开环系统，结构简单，调试方便，工作可靠，成本低。当然采取一定的相应措施后，步进电动机也可以用到闭环控制系统和转速控制系统中。步进电动机的主要优点如下：1) 能直接实现数字控制。数字脉冲信号经环形分配器和功率放大后可直接控制步进电动机，无需任何中间转换。2) 控制性能好。位移量与脉冲数成正比，可用开环方式驱动而无需反馈。能快速而方便地启动、反转和制动。速度与脉冲频率成正比，改变脉冲冲频率就可以在较宽的范围内调节速度。3) 无电刷和换向器。4) 抗干扰能力强。在负载能力范围内，步距角和转速不受电压大小、负载大小和波形的影响，也不受环境条件如温度、电压、冲击和振动等影响，仅与脉冲频率有关。5) 无累积定位误差。每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。6) 具有自锁能力 （磁阻式）和保持转矩 （永磁式），可重复堵转而不损坏。7) 机械结构简单、坚固耐用。步进电动机的缺点如下：1) 运动增量或步距角是固定的，在步进分辨率方面缺乏灵活性。2) 采用普通驱动器时效率低，相当大一部分输入功率转为热能耗散掉。3) 在单步响应中有较大的超调量和振荡。4) 承受惯性负载的能力较差。5) 开环控制时摩擦负载增加了定位误差 （误差不积累）。6) 输出功率较小。因为步进电动机在每一步运行期间都要将电流输入或引出电动机，所以对于需要大电流的大功率电机来说，控制装置和功率放大器都会变得十分复杂、笨重和不经济，所以步进电动机的尺寸和功率都不大。7) 转速不够平稳。8) 运行时有时发生振荡现象，需要加入阻尼机构或采取其他特殊措施。9) 目前主要用于开环系统中，闭环控制时所用元件和线路比较复杂。10) 不能把步进电动机直接接到普通的交直流电源上运行，必须配备驱动器 （包括环形分配器），而驱动器成本较高。步进电动机的种类很多，但主要分为三大类。1) 磁阻式步进电动机这种电机过去称为反应式步进电动机，它是基于磁阻变化而产生转矩。磁阻式步进电动机是步进电动机中结构最为简单，应用最为广泛的一种。2) 永磁式步进电动机永磁式步进电动机的特点是转子由一对或多对极的星形永久磁铁组成，定子上相应有二相或多相控制绕组。转子永久磁铁磁极数与定子每相控制绕组的极数对应相等，且通常两者的极宽也相同。3) 永磁感应子式步进电动机这种步进电动机无论是从结构，还是从运行原理来看都具有磁阻式和永磁式的综合特点。6. 永磁式无刷直流电动机与永磁交流伺服电动机直流电动机的优点是机械特性和调节特性的线性度好，堵转转矩大，控制方法简单，其缺点是有换向器和电刷。两相伺服电动机的优点是没有换向器和电刷，缺点是机械特性和调节特性具有严重的非线性，转矩小，效率低。很久以前，人们就开始探索直流电动机的无电刷、无接触式换向，寻求一种不用电刷的直流电动机。直到晶体管和大功率半导体元件广泛采用后，无换向器直流电动机才真正实现，相应地各种微型无刷直流电动机也得到了发展。永磁式无刷直流电动机按工作特性的不同可分为三种形式：.具有异步电动机特性的直流无刷电动机；.具有同步电动机特性的直流无刷电动机；.具有直流电动机特性的直流无刷电动机。其中、两类电动机又统称为逆变型无刷直流电动机，它们通过控制逆变器的频率来控制电动机的速度。逆变型无刷直流电动机在一些仅有直流电源的特殊场合下应用。类电机又称电子换向式无刷直流电动机，目前应用的无刷直流电动机大部分是这种形式，故简称为无刷直流电动机。这种电动机用电子换向开关电路和位置传感器代替电刷和换向器，这使无刷直流电动机既具有直流电动机的机械特性、调节特性，又具有交流电动机的维护方便、运行可靠、没有电磁干扰等优点。缺点是：结构比较复杂，包括电子换向器在内的体积较大，转矩波动大，低速时转速的均匀性差。控制用无刷直流电动机包括无刷直流伺服电动机和无刷直流力矩电动机。目前国内无刷直流电动机的产量很少，成本高，只是在一般直流电动机不能胜任的特殊工作环境下使用。但在一些工业先进国家，近年来无刷直流电动机在一些设备和装置上获得了越来越多的应用。无刷直流电动机的机械特性、调节特性和传递函数与直流电动机是相同的。永磁交流伺服电动机的结构与永磁式无刷直流电动机很相似。7. 直线电动机直线电动机是近年来国际上积极研究发展的一种新型电动机。它可以将电能直接转换成直线运动的机械能，从而消除了旋转电机所必需的由旋转到直线运动的中间机构，使精度提高，结构简化。在仪器仪表系统中，直线电动机作为驱动、指示和测量的应用更加广泛，如在快速记录仪、XY 绘图仪、磁头定位系统、打字机以及电子缝纫机中都得到应用。可以预见，在直线运动领域里旋转电机必将被直线电动机所取代。直线电动机的主要类型有直线直流电动机、直线感应电动机、直线同步电动机、直线步进电动机、直线振动驱动器、直线直流螺线管和液态金属电磁泵等。直流电机与交流伺服电机比较：6.伺服电机和步进电机的28个区别1, 如何正确选择伺服电机和步进电机？ 主要视具体应用情况而定,简单地说要确定：负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 2, 选择步进电机还是伺服电机系统？ 其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。3, 如何配用步进电机驱动器？ 根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。 4, 2 相和 5 相步进电机有何区别,如何选择？2 相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。 5 相电机则振动较小,高速性能好,比 2 相电机的速度高 3050% ,可在部分场合取代伺服电机。 5, 何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别？直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以的应用。 6, 使用电机时要注意的问题？ 上电运行前要作如下检查： 1) 电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏)；对于直流输入的 +/- 极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大)； 2) 控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线)； 3) 不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。 4)一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。 5) 开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。 7, 步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题？ 一般要考虑以下方面作检查： 1) 电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大 50%100% 的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。 2) 上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要 10mA ),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是 CMOS 电路,则也要选用 CMOS 输入型的驱动器。3) 启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。 4) 电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。 5) 对于 5 相电机来说,相位接错,电机也不能工作。 8, 我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗？ 可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有 DSP 和高速度的逻辑处理电路,以实现高速高精度的运动控制。如 S 加速、多轴插补等。 9, 用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好？ 一般最好不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间的高压。而开关电源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或 R 型变压器变压的直流电源。 10,我想用10V或420mA的直流电压来控制步进电机,可以吗？ 可以,但需要另外的转换模块。 11, 我有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制？ 可以,需要配一个编码器转测速机信号模块。 12, 伺服电机的码盘部分可以拆开吗？ 禁止拆开,因为码盘内的石英片很容易破裂,且进入灰尘后,寿命和精度都将无法保证,需要专业人员检修。 13,步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗？ 不要,最好让厂家去做,拆开后没有专业设备很难安装回原样,电机的转定子间的间隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏,甚至造成失磁,电机力矩大大下降。 14, 伺服控制器能够感知外部负载的变化吗？ 如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。 15,可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗？ 原则上是可以的,但要搞清楚电机的技术参数后才能配用,否则会大大降低应有的效果,甚至影响长期运行和寿命。最好向供应商咨询后再决定。 16, 使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机安全吗 ? 正常来说这不是问题,只要电机在所设定的速度和电流极限值内运行。因为电机速度与电机线电压成正比,因此选择某种电源电压不会引起过速,但可能发生驱动器等故障。 此外 , 必须保证电机符合驱动器的最小电感系数要求,而且还要确保所设定的电流极限值小于或等于电机的额定电流。 事实上,如果你能在你设计的装置中让电机跑地比较慢的话 ( 低于额定电压 ) ,这是很好的。 以较低的电压 ( 因此比较低的速度 ) 运行会使得电刷运转反弹较少,而且电刷 / 换向器磨损较小,比较低的电流消耗和比较长的电机寿命。 另一方面,如果电机大小的*和性能的要求需要额外的转矩及速度,过度驱动电机也是可以的,但会牺牲产品的使用寿命。 17, 如何为我的应用选择适当的供电电源 ? 推荐选择电源电压值比最大所需的电压高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同 , 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流,需要计算此应用所有的功率需求,再增加 5% 。按 I = P/V 公式计算即可得到所需电流值。 推荐选择电源电压值比最大所需的电压高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke,以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同 , 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流,需要计算此应用所有的功率需求,再增加 5% 。按 I = P/V 公式计算即可得到所需电流值。18, 对于伺服驱动器我可以选择那种工作方式？ 不同的模式并不全部存在于所有型号的驱动器中 19, 驱动器和系统如何接地？ a. 如果在交流电源和驱动器直流总线(如变压器)之间没有隔离的话,不要将直流总线的非隔离端口或非隔离信号的地接大地,这可能会导致设备损坏和人员伤害。因为交流的公共电压并不是对大地的,在直流总线地和大地之间可能会有很高的电压。 b. 在多数伺服系统中,所有的公共地和大地在信号端是接在一起的。多种连接大地方式产生的地回路很容易受噪音影响而在不同的参考点上产生流。 c. 为了保持命令参考电压的恒定,要将驱动器的信号地接到控制器的信号地。 它也会接到外部电源的地,这将影响到控制器和驱动器的工作(如：编码器的 5V电源)。 d.屏蔽层接地是比较困难的,有几种方法。正确的屏蔽接地处是在其电路内部的参考电位点上。这个点取决于噪声源和接收是否同时接地,或者浮空。要确保屏蔽层在同一个点接地使得地电流不会流过屏蔽层。 20, 减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点? 如果考虑到电机产生的经过减速器的最大连续转矩,许多减速比会远远超过减速器的转矩等级。 如果我们要设计每个减速器来匹配满转矩,减速器的内部齿轮会有太多组合 ( 体积较大、材料多 ) 。 这样会使得产品价格高,且违反了产品的“高性能、小体积”原则。 21, 我如何选择使用行星减速器还是正齿轮减速器? 行星减速器一般用于在有限的空间里需要较高的转矩时,即小体积大转矩,而且它的可靠性和寿命都比正齿轮减速器要好。正齿轮减速器则用于较低的电流消耗,低噪音和高效率低成本应用。22, 何为负载率 (duty cycle)? 负载率(duty cycle) 是指电机在每个工作周期内的工作时间 / (工作时间 + 非工作时间)的比率。如果负载率低,就允许电机以 3 倍连续电流短时间运行,从而比额定连续运行时产生更大的力量。 23 ,标准旋转电机的驱动电路可以用于直线电机吗？ 一般都是可以的。你可以把直线电机就当作旋转电机,如直线步进电机、有刷、无刷和交流直线电机。具体请向供应商咨询。 24 ,直线电机是否可以垂直安装,做上下运动？ 可以。根据用户的要求,垂直安装时我们可以加装动子滑块平衡装置或加装导轨抱闸刹车。 25 ,在同一个平台上可以安装多个动子吗？ 可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。26 ,是否可以将多个无刷电机的动子线圈安装于同一个磁轨道上？ 可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。 27 ,使用直线电机比滚珠丝杆的线性电机有何优点？ 由于定子和动子之间没有机械连接,所以消除了背隙、磨损、卡死问题,运动更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、响应快、运动平滑、控制精度高、可靠性好体积紧凑、外形高度低、长寿命、免维护等特点。 28,如何选用电动缸、滑台、精密平台类产品？其成本是如何计算的？ 选择致动执行器类产品关键要看您对运动参数有什么样的要求,可以根据您需要的应 用来确定具体运动参数等技术条件,这些参数要符合您的实际需要,既要满足应用要求并留有余地,也不要提得太高,否则其成本可能会数倍于标准型产品。举例来说,如果0.1mm精度够用的话,就不要选0.01mm的参数。其它如负载能力、速度等也是如此。 另外一个给用户的选型建议是,如果不是必须,推拉力或负重、速度、定位精度这三个主要参数不要同时要求很高,因为致动执行器是一个高精度高技术的机电一体化产品,我们在设计制造时需要从机械结构、电气性能、材料特性、材质和处理方法等多方面考虑并选择相应的组成电机、驱动控制器和反馈装置,以及不同精度等级的导轨、丝杆、支撑座和其它机械系统,使之达到需要的整体运动参数,可谓牵一发动全身的产品。当然,您有高要求的产品需要,我们还是可以满足,只是成本会相应的提高_步进电机系统伺服电机系统力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小中大，全范围 速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达12万转/分控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式 平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率）矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬过载特性过载时会失步可310倍过载（短时）反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈编码器类型光电型旋转编码器（增量型/绝对值型）旋转变压器型 响应速度一般快耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动）温升运行温度高一般维护性基本可以免维护较好价格低高步进电机与伺服电机的比较如下所示，仅供参考：7.运控行业的企业和品牌中国伺服驱动发展之迅速、市场潜力之巨大、应用之广泛越来越毋庸置疑的了。国内不断有新的企业进入到这一行业来，那些具有步进、变频、运动控制器（或控制卡）方面的厂家要进入伺服控制市场，将会非常迅速，也将会非常有竞争力。市场的占有量以日本品牌为主，约5060以上，占据了国内市场的半壁江山。其次是欧美伺服产品，再者就是中国自产的伺服产品。这些厂家的伺服产品各有特色：日本伺服进入中国市场较早，产品性能、质量较好，价位较高；而欧美的伺服产品性能和功能最好，价格最高；国产伺服产品在性能和功能方面暂时逊色很多，只能跟在欧美日的后面走，但是具有明显的价格优势。下面是我作的统计：l 国内广泛采用的通用伺服品牌有：日系：三菱、安川、松下、山洋、富士、欧姆龙、日立、日机、多摩川、LG等；欧美系：Lenze、AMK、Rexroth、KEB、CT、ABB、Danaher、Baldor、Parker、Rockwell（AB） 等等；数控和高端运控伺服品牌：Siemens、Fanuc、三菱、Rexroth等等；数控伺服情况与数控系统状况相当，Siemens和Fanuc为主，三菱次之。l 国外目前在中国设有代表处、公司的品牌有(47家)：西门子(德国)、施耐德(德国)、Danaher、罗克韦尔自动化、Fanuc(美国-日本)、松下、ELMO(以色列)、安川(日本)、富士(日本)、欧姆龙(德国)、Lenze(德国)、KB(德国)、LUST(德国)、三菱(日本)、B&R、艾默生、CT、OMRON、瑞诺(瑞士)、迈克斯(德国)、Trio(英国)、Bosch Rexroth(德国)、maxon、麦特斯(韩国)、SEW、baldor、OEMAX、斯德博(德国)、Beckhoff(德国)、美国贝赛德、NORD、SHINKO(日本)、SSD、PPD(瑞典)、西班牙玛威诺、阿尔法、华纳(美国)、MOOG、台湾大内、Aurotek、DASATECH、PARKER(美国)、士林、罗兰(美国)、SEEK、PITTMAN、贺尔碧格(德国)、STOEBERl 国产通用伺服主要有(23家)：台达、埃斯顿、珠海运控、星辰伺服、深圳步进科技、时光、和利时、浙江卧龙、兰州电机、雷赛机电、宁波甬科、固高科技、大连普传、武汉登奇、贝能科技、鄂尔多斯、海蓝机电、北京宝伦、南京晨光、北京首科凯奇、西安微电机、南京高士达、中国电子集团21所等；l 国产数控伺服主要有(13家)：华中数控、广州数控、大森数控、北京航天数控、凯奇数控、开通数控、众为兴数控、苏强数控、绵阳圣维数控、北京凯恩帝数控、南京华兴数控、南京新方达数控、高金数控等；l 国产伺服电机主要有(16家)：东元、华大、登奇、强磁（苏强）、中源、海顿(直线电机)、大族(直线电机)、先川电机、硕阳电机、南京思展、上海蒂凯艾姆、上海赢双、北京贝赛德、博山华兴(直流伺服)、博山微电机(直流伺服)、亚博微电机(直流伺服)、上海三意电机等。8.交直流伺服技术的比较伺服系统在机电设备中具有重要的地位，高性能的伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。随着技术的进步和整个工业的不断发展，拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取代传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。一、伺服系统的发展过程伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程。电气伺服系统根据所驱动的电机类型分为直流（DC）和交流（AC）伺服系统。20世纪50年代，无刷电机和直流电机实现了产品化，并在计算机外围设备和机械设备上获得了广泛的应用，20世纪70年代则是直流伺服电机的应用最广泛的时代。但直流伺服电机存在机械结构复杂、维护工作量大等缺点，在运行过程中转子容易发热，影响了与其连接的其他机械设备的精度，难以应用到高速及大容量的场合，机械换向器则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。 从20世纪70年代后期到80年代初期，随着微处理器技术、大功率高性能半导体功率器件技术和电机永磁材料制造工艺的发展及其性能价格比的日益提高，交流伺服技术交流伺服电机和交流伺服控制系统逐渐成为主导产品。交流伺服电机克服了直流伺服电机存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺点，特别是交流伺服电机的过负荷特性和低惯性体现出交流伺服系统的优越性。交流伺服系统按其采用的驱动电动机的类型来分，主要有两大类：永磁同步（SM型）电动机交流伺服系统和感应式异步（IM型）电动机交流伺服系统。其中，永磁同步电动机交流伺服系统在技术上已趋于完全成熟，具备了十分优良的低速性能，并可实现弱磁高速控制，拓宽了系统的调速范围，适应了高性能伺服驱动的要求。随着永磁材料性能的大幅度提高和价格的降低，其在工业生产自动化领域中的应用将越来越广泛，目前已成为交流伺服系统的主流。感应式异步电动机交流伺服系统由于感应式异步电动机结构坚固，制造容易，价格低廉，因而具有很好的发展前景，代表了将来伺服技术的方向。但由于该系统采用矢量变换控制，相对永磁同步电动机伺服系统来说控制比较复杂，而且电机低速运行时还存在着效率低、发热严重等有待克服的技术问题，目前并未得到普遍应用。系统的执行元件一般为普通三相鼠笼型异步电动机，功率变换器件通常采用智能功率模块IPM。为进一步提高系统的动态和静态性能，可采用位置和速度闭环控制。三相交流电流的跟随控制能有效提高逆变器的电流响应速度，并且能限制暂态电流，从而有利于IPM的安全工作。速度和位置环可使用单片机控制，以使控制策略获得更高的控制性能。电流调节器若为比例形式，三个交流电流环都用足够大的比例调节器进行控制，其比例系数应该在保证系统不产生振荡的前提下尽量选大些，使被控异步电动机三相交流电流的幅值、相位和频率紧随给定值快速变化，从而实现电压型逆变器的快速电流控制。电流用比例调节，具有结构简单、电流跟随性能好以及限制电动机起制动电流快速可靠等诸多优点。从伺服驱动产品当前的应用来看，直流伺服产品正逐渐减少，交流伺服产品则日渐增加，市场占有率逐步扩大。在实际应用中，精度更高、速度更快、使用更方便的交流伺服产品已经成为工厂自动化等各个领域中的主流产品。二、伺服驱动产品概况由于伺服驱动产品在工业生产中的应用十分广泛，市场上的相关产品种类很多，从普通电机、变频电机、伺服电机、变频器、伺服控制到运动控制器、单轴控制器、多轴控制器、可编程控制器、上位控制单元乃至车间和厂级监控工作站等一应俱全。（一）伺服电机随着永磁材料制造工艺的不断完善，新一代的伺服电机大都采用了最新的Nd2Fe14b1（铷铁硼）材料，该材料的剩余磁密、矫顽力和最大磁能积均好于其他永磁材料，再加上合理的磁极、磁路及电机结构设计，大大地提高了电机的性能，同时又缩小了电机的外形尺寸。新一代的伺服电机大都采用了新型的位置编码器，这种位置编码器的信号线数量从9根减少到5根，并支持增量型和绝对值型两种类型，通信速率达4M/s，通信周期为62.5s，数据长度为12位，编码器分辨率为20bit/rev，即每转生成100万个脉冲，最高转速达6000r/min，编码器电源电流仅为16A。伺服电机按照容量可以分为超小型（MINI型）、小容量型、中容量型和大容量型。超小容量型的功率范围为10W到20W，小容量型的功率范围为30W750W，中容量型的功率范围为300W15KW，大容量型的功率范围为22KW55KW。伺服电机的供电电压范围从100V400V（单三相）。（二）伺服控制单元传统的模拟控制虽然具有连续性好、响应速度快及成本低的优点，但也有难以克服的缺点，如系统调试困难，容易受到环境温度变化的影响而产生漂移，难以实现柔性化设计，缺乏实现复杂计算的能力，无法实现现代化控制理论指导下的控制算法等。所以现代伺服控制均采用全数字化结构，伺服控制系统的主要理论也采用了现代矢量控制思想，它实现了电流向量的幅值控制和相位控制。为了提高产品的性能，新一代的伺服控制器采用了多种新技术、新工艺，主要体现在以下几个方面：1在电流环路中采用了d-q轴变换电流单元，在新的控制方式中，主CPU的运算量得以减少，通过硬件来进行电流环控制，即将控制算法固化在LSI专用硬件环路中。通过采用高速的d-q轴变换电流单元，使电流环的转矩控制精度有了进一步的提高，实现了在稳态运行及瞬态运行时均能保持良好的性能。2采用了脉冲编码器倍增功能，新的控制算法使位置控制的整定时间缩短为原来的三分之一。3速度控制环采用速度实时检测控制算法，是电机的低速性能得到进一步提高，速度波动和转矩波动降到最低。采用在线自动锁定功能，使伺服系统的调试时间缩短，操作更加简化。4采用主回路与控制回路进行电气隔离的结构，使操作及故障检测更加方便安全，供电电源电压从100V扩展到400V（单相/三相）。5伺服控制一般均采用从电机轴端的位置编码器采集位置信号进行反馈，在受控执行机械部分没有反馈采样信号，即半闭环的控制方式。目前的新产品则采用全闭环的控制方式，使机械加工误差、齿轮间隙、结构受力弹性变形等误差所造成的影响在伺服控制器中通过计算完成修正。6用RICS（精简指令计算机系统）技术，使CPU的数据处理能力由8位、16位提高到32位，微处理器的主频提高到百兆以上。（三）上位控制随着工业机械化设备对高速化、高精度化和小型化以及多品种小批量化、高可靠性、免维护性能要求的提高，上位机控制群得以广泛应用。从上层的可编程控制器（PLC）、运动控制器、机床CNC控制器，可一直连到底层的通用输入/输出（I/O）控制单元和视觉传感系统。编程语言有梯形图、NC语言、SFC语言、运动控制语言等，均可按照用户要求灵活配置。系统可控制轴数从单轴到可支持多达44轴，控制器可以连接从模拟信号到网络信号的各种信号类型，可广泛应用于半导体制造设备、加工机械、搬运机械、卷扬机械等，具有很高的性能价格比。三、伺服系统的发展趋势从前面的讨论可以看出，数字化交流伺服系统的应用越来越广，用户对伺服驱动技术的要求也越来越高。总的来说，伺服系统的发展趋势可以概括为以下几个方面：（一）交流化伺服技术将继续迅速地由DC伺服系统转向AC伺服系统。从目前国际市场的情况看，几乎所有的新产品都是AC伺服系统。在工业发达的国家，AC伺服电机的市场占有率已超过80%，在国内生产AC伺服电机的厂家也越来越多，正在逐步超过生产DC伺服电机的厂家。可以预见，不久的将来，除了在某些微型电机领域之外，AC伺服电机将完全取代DC伺服电机。（二）全数字化采用新型高速微处理器和专用数字信号处理机（DSP）的伺服控制单元将全面取代模拟电子器件为主的伺服控制单元，从而实现完全数字化的伺服系统。全数字化的实现，将原有的硬件伺服控制变成了软件伺服控制，从而使在伺服系统中应用现代控制理论的先进方法成为可能。（三）高度集成化新的伺服系统产品改变了将伺服系统划分为速度伺服单元与位置伺服单元两个模块的做法，代之以单一的、高度集成化、多功能的控制单元。同一个控制单元，只要通过软件设置系统参数，就可以改变其性能，既可以使用电机本身配置的传感器构成半闭环调节系统，又可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度的全闭环调节系统。（四）智能化智能化是当前一切工业控制设备的流行趋势，伺服驱动系统作为一种高级的工业控制装置当然也不例外。最新数字化的伺服控制单元通常都设计为智能型产品，他们的智能化特点表现在以下几个方面：1）具有参数记忆功能。系统的所有参数都可以通过人机对话的方式由软件来设置，保存在伺服单元内部，通过通信接口，这些参数甚至可以在运行途中由上位计算机加以修改；2）具有故障自诊断与分析功能。无论什么时候，只要系统出现故障，就会将故障的类型以及可能引起故障的原因通过用户面板清楚地显示出来，这就简化了维修与调试的复杂性；（3）具有参数自整定的功能。众所周知，闭环调节系统的参数整定是保证系统性能指标的重要环节，带有自整定功能的伺服单元可以通过几次试运行自动将系统的参数整定出来，并自动实现其最优化。（五）模块化和网络化 在国外，以工业局域网技术为基础的工厂自动化（Factory Automation简称FA）工程技术在最近十年来得到了长足的发展，并显示出良好的发展势头。为适应这一发展趋势，最新的伺服系统都配置了标准的串行通信接口（如RS232C接口等）和专用的局域网接口。这些接口的设置，显著增强了伺服单元与其它控制设备的互联能力，从而与CNC系统间的连接也因此变得十分简单，只需要一根电缆或光缆，就可以将数台，甚至数十台伺服单元与上位计算机连接成为整个数控系统。综上所述，伺服系统将向两个方向发展：一个是满足一般工业应用的要求，对性能指标要求不是很高的应用场合，追求低成本、少维护、使用简单等特点的驱动产品，如变频电机、变频器等；另一个就是代表着伺服系统发展水平的主导产品伺服电机、伺服控制器，追求高性能、高速度